JPS6135694B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟Ｘ線を用いて微細なパターンを転写
する。Ｘ線リソグラフイ技術に関するものであ
り、さらに詳述すれば、軟Ｘ線を照射する装置に
関する。

Ｘ線リソグラフイは、D.L.Speas及びH.I.
Smithらによつて提案（Electronics Lett
Vol.8，No.４，P.102、（1972）あるいは特開昭48
―82778）された、微細なパターンの転写方法
で、その概要と問題点を第１図により説明する。

Ｘ線リソグラフイは、軟Ｘ線を透過し易い、例
えば３μｍ程度の薄いSi単結晶からなるマスク基
板３上に設けられた、Auなどの軟Ｘ線を吸収す
る材質からなる所定のマスクパターン２の、Ｘ線
源１から放射するＸ線９によるＸ線像を、Ｘ線に
感応するレジスト４に投影するものである。この
レジスト４現像処理を施すと、マスクパターン２
に応じたレジストパターンが得られ、下地のウエ
ーハ５の加工に利用できるわけである。

Ｘ線リソグラフイに用いるマスクは上記のよう
に薄く、レジスト４に接触、あるいはさらに接着
して壊れることを防ぐために、マスク１０とウエ
ーハ５あるいはレジスト４との間に３〜25μｍと
いつた間隙Ｓを設けている。マスクパターン２が
この間隙Ｓを介して精密に投影されるためにはＸ
線９の成分が平行であることが望ましいが、Ｘ線
は光と異なり曲げることができず、この結果、Ｘ
線９の成分が充分平行に近くなるよう、Ｘ線源１
とマスク１０の距離Ｄを大きくして用いている。
距離Ｄは最低ウエーハ径Ｗの５倍以上、望ましく
は10倍程度必要とされている。Ｘ線９の強度は距
離Ｄの２乗に反比例するため、レジスト４へのＸ
線９の照射量を確保するためには、Ｘ線源１への
投入電力を増すか、照射時間を長くする他無く、
一方実用的見地より照射時間を長くすることはウ
エーハ処理能力が低下するため望ましくなく、せ
いぜい10分間程度が限度であり、この結果、Ｘ線
源１への投入電力を増す他無い。現在主として用
いられているＷが76mm程度のウエーハ５に照射す
るためにＸ線源１に投入すべき電力は最低２〜
30KWは必要であり、さらにウエーハ径Ｗは増大
の傾向にあり、投入電力はＷの２乗に比例して増
大することになる。

このような大電力を投入するＸ線源１を実現す
ることは、技術的にも経済的にも困難であり、Ｘ
線リソグラフイの実用化を妨げる重大な要困とな
つている。

本発明は以上の難点を克服し、Ｘ線源への投入
電力を低下させ、かつウエーハの処理能力を増大
させ、Ｘ線リソグラフイを実用的ならしむる手段
を提供するものである。以下本発明の詳細を説明
する。

発明者らは電子衝撃によつて発生するＸ線が広
い立体角にわたつて強度変化が小さいことを確認
した。このＸ線強度の方向分布は、ターゲツトの
材質、電子の加速電圧により異なる。例えば
20KeVの電子衝撃によるAlターゲツトから発生
するＫの線は、ターゲツト面の垂線を軸として、
頂角約94゜の円錐内で５％以下の強度分布を示
し、実用的には均一として扱える範囲に入る。

しかるに従来の装置においては、前述のごとく
Ｘ線９の成分が充分平行に近くするために、Ｘ線
源１からみた極く小さな立体角内のＸ線９しか利
用していない。たとえば距離Ｄがウエーハ径Ｗの
10倍とすると、上記利用可能なＸ線の約250分の
１しか利用していないことになる。

したがつて、１枚のウエーハで大きな立体角の
Ｘ線を利用することはできないが、多数のウエー
ハに同時にほぼ同一条件でＸ線照射を行なうこと
は可能であり、Ｘ線の利用率を著しく改善するこ
とができる。すなわちウエーハの処理能力を飛躍
的に増大させることが可能である。各ウエーハの
主軸をＸ線源に向けされすれば、各ウエーハへＸ
線の照射条件は、従来の１枚のウエーハを扱う場
合と変らない。以下本発明の実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す。簡便のため
要素のみを記してある。

電子銃およびターゲツトからなるＸ線発生部１
１のＸ線源１９を中心とする。例えば半径76cmの
球面の一部に相当する、多数の開口１３を有する
円蓋状の試料ホルダー１２を設け、該試料ホルダ
ー１２を低真空チエンバ１５に収め、Ｘ線発生部
１１を高真空チエンバ１６に収めたものである。
高真空チエンバ１６と低真空チエンバ１５の間に
は、軟Ｘ線を透過する材質、例えば厚さ７μｍの
Al箔からなるＸ線窓１４を設け、高真空チエン
バ１６の気密を保つている。高真空チエンバ１６
の内部はイオンポンプなどの排気装置により
10^-7torr程度の高真空に保たれ、電力銃の寿命を
長く保ち、ターゲツトの汚染を防いでいる。低真
空チエンバ１５の内部はロータリーポンプなどに
より、比較的高速で容易に得られる10^-2torr程度
の真空度に保たれている。さらに全開可能なパル
ブ１７を設け、試料装てん時などに低真空チエン
バ１５の気密を破る場合にＸ線窓１４の両側に圧
力差が生じ、これを破壊することを防ぐ。バルブ
１７はＸ線を照射する時には開く。

試料であるウエーハおよびマスクは所定の設定
を行なつた後相互に固定し、試料ホルダー１２の
開口１３に載せる。説明するまでもなく、マスク
およびウエーハの主軸はＸ線源１９に向く。

第３図は試料ホルダーへのマスクおよびウエー
ハの設定方法の１実施例を示す。スペーサー２１
によりマスク２０とウエーハ２５の間隙２２を保
持し、押えリング２４によりマスク２０を押え付
け、基板２３に固定したものを、試料ホルダー１
２の開口１３にはめ込んだものである。ウエーハ
２５は基板２３にワツクスなどにより接着してあ
る。

本発明によれば直径76cmのウエーハの場合、上
記のようなマスクとウエーハの組が最大200組程
度同時にＸ線照射することが可能である。すなわ
ちＸ線の利用率が200倍になる訳で、この結果、
Ｘ線発生部１１への投入電力とウエーハ１枚当り
のＸ線照射時間の積を200分の１にすることがで
きる。例えば２〜3KWの投入電力でウエーハ１
枚当り１分以下のＸ線照射時間を得ることができ
る。この程度の投入電力のＸ線発生部は極めて容
易に得られ、電源などの周辺装置も極めて簡略化
する。

試料ホルダー１２の曲率半径、すなわちＸ線源
１９からの距離を大きくすると、Ｘ線の成分の平
行度はさらに改善される。Ｘ線強度はこの距離の
２乗に反比例して低下するが、照射可能なウエー
ハの枚数がこの距離の２乗に比例して増加するた
め、１枚当りの照射時間に差は無く、ウエーハ処
理能力は同じである。

第４図は本発明の装置のＸ線窓の他の実施例を
示す。これはＸ線窓３０として、開口３３を有す
る円蓋状の支持枠３５と、開口３３を覆う軟Ｘ線
を透過し易い材質からなる薄膜３４、例えば厚さ
７μｍのAl箔からなり、第２図で示したＸ線窓
１４と置き換えて用いるものである。支持枠３５
の形状は大むね試料ホルダー１２を縮小したもの
で、縮小率を例えば1/10として曲率半径は7.6cm
で、中心がＸ線源１９と一致すべく設置する。支
持枠３５の開口３３と試料ホルダー１２の開口１
３をＸ線１９より眺めて一致させるべく設置すれ
ば、Ｘ線の照射に際し、試料には前実施例の場合
と同様にＸ線が全面に照射される。

本実施例において、薄膜３４は個々の面積が小
さくなるため強度が増し、さらにこれを細い強度
の高い金属線、例えば100μｍの太さのＷ線で例
えば１mmのピツチで支持することにより、薄膜３
４の両側の圧力差が１気圧以上になつてもこれを
支えることができる。この結果パルブ１７は不要
となり、取扱いが容易になる。

また低真空チエンバ１５内にＸ線を吸収しにく
い気体、例えばHeを容れることにより、マス
ク、ウエーハそれぞれおよび相互の保持、固定に
真空チヤツクを導入することが可能となり、作業
性を著しく改善することができる。

なお、第２図で示した大きな容積の低真空チエ
ンバ１５内を高真空に保つ労をいとわなければ、
以上に述べたＸ線窓１４、パルブ１７、あるいは
Ｘ線窓３０を除くことができる。言うまでもな
く、この場合、真空チヤツクを用いることはでき
ない。

第５図は本発明の他の実施例を示す。マスクお
よびウエーハからなる試料を大気中に置きＸ線を
照射することを可能にするもので、すでに述べた
効果に加え、試料の取扱いが著しく容易になると
いう効果を有する。

これは円蓋状の試料ホルダー４２を大気中に置
き、そのすぐ内側に、第４図に示したＸ線窓３０
と類似の形状を有する第２のＸ線窓５０、すなわ
ち、試料ホルダー４２の開口４３に合わせた開口
５３を有する支持枠５５と、開口５３を覆うＸ線
を吸収しにくい材質からなる薄膜５４、例えば厚
さ７μｍのAl箔からなる窓を設けてＸ線束拡大
室４５を気密化し、その内部４７に１気圧、ある
いは大気の圧力に合わせた圧力のＸ線を吸収しに
くい気体、例えばHeを容れたものである。第１
のＸ線窓４４は第４図で示したＸ線窓３０と同様
で、高真空チエンバ４６内の高真空に対するＸ線
束拡大室４５内４７のHeの圧力を与える。

薄膜５４と図に示していないマスクとの距離が
数mm、望ましくは１〜２mmとなるべく、試料ホル
ダー４２および第２のＸ線窓５０を設定する。Ｘ
線リソグラフイに利用する軟Ｘ線は大気に吸収さ
れ易いが、大気中を通過する距離が小さければ当
然影響は小さい、例えばこれが２mmの場合、Al
のＫα線の減衰は25％程度であり、実用上大きな
問題とはならず、作業性の向上の効果の大きさと
比ぶべくも無い。

以上説明したごとく、本発明により、容易に得
られるＸ線源を用いてウエーハの処理能力の大き
なＸ線転写が可能となり、従つてＸ線リソグラフ
イを実用性の高いものとすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線リソグラフイの説明図、第２図か
ら第５図は本発明の実施例の説明図である。 図中、１，１９，４９はＸ線源、２はマスクパ
ターン、３はマスク基板、４はレジスト、５，２
５はレジスト、９はＸ線、１０，２０はマスク、
１１，４１はＸ線発生部、１２，４２は試料ホル
ダー、１３，４３は試料ホルダーの開口、１４，
３０，４４，５０はＸ線窓、１５は低真空チエン
バ、１６，４６は高真空チエンバ、１７はバル
ブ、２１はスペーサー、２２はマスクとウエーハ
の間隙、２３は基板、２４は押えリング、３３，
５３は支持枠の開口、３４，５４は薄膜、３５，
５５は支持枠、４５はＸ線束拡大室である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟Ｘ線を用いてマスクの微細なパターンをウ
   エーハに転写する軟Ｘ線転写装置において、複数
   組のウエーハおよびこれに対向するマスクを、各
   組の主軸が高真空チエンバ内に収められた軟Ｘ線
   源に向くべく設置する機構を有し、かつ該複数組
   のウエーハおよびマスクに同時に前記高真空チエ
   ンバに設けられた軟Ｘ線を透過する材質のＸ線窓
   を通して軟Ｘ線を照射する機構を有し、前記複数
   組のウエーハおよびこれに対向するマスクが、低
   真空チエンバ内に収められてなることを特徴とす
   る軟Ｘ線照射装置。 ２ 軟Ｘ線を用いてマスクの微細なパターンをウ
   エーハに転写する軟Ｘ線転写装置において、複数
   組のウエーハおよびこれに対向するマスクを、各
   組の主軸が高真空チエンバ内に収められた軟Ｘ線
   源に向くべく設置する機構を有し、かつ該複数組
   のウエーハおよびマスクに同時に前記高真空チエ
   ンバに設けられた軟Ｘ線を透過する材質のＸ線窓
   を通して軟Ｘ線を照射する機構を有し、前記複数
   組のウエーハおよびこれに対向するマスクが、前
   記高真空チエンバに密接して大気中に設置されて
   なることを特徴とする軟Ｘ線照射装置。